Loji kuasa hidrogen — trend dan prospek

Walaupun loji tenaga nuklear telah lama dianggap sangat selamat, kemalangan di loji janakuasa nuklear Fukushima Jepun pada 2011 sekali lagi memaksa jurutera tenaga di seluruh dunia memikirkan kemungkinan masalah alam sekitar yang berkaitan dengan jenis tenaga ini.

Kerajaan banyak negara, termasuk beberapa negara EU, telah mengisytiharkan niat yang jelas untuk memindahkan ekonomi mereka kepada tenaga alternatif, tanpa berhemat pelaburan, menjanjikan berbilion euro untuk industri ini dalam tempoh 5-10 tahun akan datang. Dan salah satu jenis alternatif sedemikian yang paling menjanjikan dan selamat terhadap alam sekitar ialah hidrogen.

Sekiranya arang batu, gas dan minyak habis, maka terdapat hidrogen yang tidak terhad di lautan, walaupun ia tidak disimpan di sana dalam bentuk tulen, tetapi dalam bentuk sebatian kimia dengan oksigen - dalam bentuk air.

Hidrogen adalah sumber tenaga yang paling mesra alam. Mendapatkan, mengangkut, menyimpan dan menggunakan hidrogen memerlukan pengembangan pengetahuan kita tentang interaksinya dengan logam.

Terdapat banyak masalah di sini.Berikut adalah sebahagian daripada mereka yang menunggu penyelesaian mereka: pengeluaran isotop hidrogen yang sangat tulen menggunakan penapis membran (contohnya, daripada paladium), penciptaan bateri hidrogen yang berfaedah dari segi teknologi, masalah memerangi kos hidrogen bahan, dsb.

Keselamatan alam sekitar hidrogen, berbanding dengan jenis sumber tenaga tradisional yang lain, tiada siapa yang meragui: hasil pembakaran hidrogen sekali lagi adalah air dalam bentuk stim, sementara ia tidak toksik sepenuhnya.

Hidrogen sebagai bahan api boleh digunakan dengan mudah dalam enjin pembakaran dalaman tanpa perubahan asas, serta dalam turbin, dan lebih banyak tenaga akan diperolehi daripada petrol. Jika haba tentu pembakaran petrol di udara adalah kira-kira 44 MJ / kg, maka untuk hidrogen angka ini adalah kira-kira 141 MJ / kg, iaitu lebih daripada 3 kali lebih tinggi. Produk petroleum juga beracun.

Penyimpanan dan pengangkutan hidrogen tidak akan menyebabkan masalah tertentu, logistik adalah serupa dengan propana, tetapi hidrogen lebih mudah meletup daripada metana, jadi masih terdapat beberapa nuansa di sini.

Penyelesaian penyimpanan hidrogen adalah seperti berikut. Cara pertama ialah pemampatan dan pencairan tradisional, apabila perlu memastikan suhu ultra-rendahnya untuk mengekalkan keadaan cecair hidrogen. Ini mahal.

Cara kedua adalah lebih menjanjikan — ia berdasarkan keupayaan beberapa span logam komposit (aloi vanadium, titanium dan besi yang sangat berliang) untuk menyerap hidrogen secara aktif dan, pada pemanasan rendah, melepaskannya.

Syarikat minyak dan gas terkemuka seperti Enel dan BP sedang giat membangunkan tenaga hidrogen hari ini.Beberapa tahun yang lalu, Enel Itali memulakan loji kuasa hidrogen pertama di dunia, yang tidak mencemarkan atmosfera dan tidak mengeluarkan gas rumah hijau. Tetapi titik pembakaran utama ke arah ini terletak pada soalan berikut: bagaimana untuk membuat pengeluaran industri hidrogen lebih murah?

Masalahnya ialah elektrolisis air memerlukan banyak tenaga elektrik, dan jika pengeluaran hidrogen diletakkan pada aliran tepat melalui elektrolisis air, maka bagi ekonomi di satu negara kaedah pengeluaran hidrogen perindustrian ini akan menjadi sangat mahal: tiga kali, jika tidak empat kali , dari segi haba pembakaran yang setara daripada produk petroleum. Selain itu, maksimum 5 meter padu gas sejam boleh diperoleh daripada satu meter persegi elektrod dalam elektrolisis industri. Ini perlahan dan tidak praktikal dari segi ekonomi.

Salah satu cara yang paling menjanjikan untuk menghasilkan hidrogen dalam jumlah industri ialah kaedah kimia plasma. Di sini, hidrogen diperoleh dengan lebih murah berbanding dengan elektrolisis air. Dalam plasmatron bukan keseimbangan, arus elektrik dialirkan melalui gas terion dalam medan magnet, dan tindak balas kimia berlaku dalam proses pemindahan tenaga daripada elektron "dipanaskan" kepada molekul gas.

Suhu gas berada dalam julat dari +300 hingga +1000 ° C, manakala kadar tindak balas yang membawa kepada pengeluaran hidrogen adalah lebih tinggi daripada elektrolisis. Kaedah ini memungkinkan untuk mendapatkan hidrogen, yang ternyata dua kali (bukan tiga kali) lebih mahal daripada bahan api tradisional yang diperoleh daripada hidrokarbon.

Proses kimia plasma berlaku dalam dua peringkat: pertama, karbon dioksida terurai menjadi oksigen dan karbon monoksida, kemudian karbon monoksida bertindak balas dengan wap air, yang membawa kepada hidrogen dan karbon dioksida yang sama pada mulanya (ia tidak digunakan, jika anda melihat keseluruhan transformasi gelung).

Pada peringkat percubaan - pengeluaran plasma-kimia hidrogen daripada hidrogen sulfida, yang kekal sebagai produk berbahaya di mana-mana dalam pembangunan medan gas dan minyak. Plasma berputar hanya mengeluarkan molekul sulfur dari zon tindak balas dengan daya emparan, dan tindak balas terbalik penukaran kepada hidrogen sulfida dikecualikan. Teknologi ini menyamakan harga hidrogen yang dihasilkan dengan jenis bahan api fosil tradisional, di samping itu, sulfur dilombong secara selari.

Dan Jepun telah pun mengambil pembangunan praktikal tenaga hidrogen hari ini. Kawasaki Heavy Industries dan Obayashi merancang untuk mula menggunakan tenaga hidrogen untuk menggerakkan bandar Kobe menjelang 2018. Mereka akan menjadi perintis dalam kalangan mereka yang benar-benar akan mula menggunakan hidrogen untuk pengeluaran elektrik berskala besar, dengan hampir tiada pelepasan berbahaya.

Sebuah loji kuasa hidrogen 1 MW akan dibina terus di Kobe, di mana ia akan membekalkan elektrik ke pusat konvensyen antarabangsa dan pejabat kerja untuk 10,000 penduduk tempatan. Dan haba yang dijana di stesen dalam proses penjanaan elektrik daripada hidrogen akan menjadi pemanasan yang cekap untuk rumah dan bangunan pejabat tempatan.

Turbin gas yang dihasilkan oleh Kawasaki Heavy Industries, sudah tentu, tidak akan dibekalkan dengan hidrogen tulen, tetapi dengan campuran bahan api yang mengandungi hanya 20% hidrogen dan 80% gas asli.Kilang itu akan menggunakan setara dengan 20,000 kenderaan sel bahan api hidrogen setiap tahun, tetapi pengalaman ini akan menjadi permulaan pembangunan kuasa hidrogen utama di Jepun dan seterusnya.

Rizab hidrogen akan disimpan terus di wilayah loji kuasa, dan walaupun berlaku gempa bumi atau bencana alam lain, akan ada bahan api di stesen, stesen tidak akan terputus daripada komunikasi penting. Menjelang 2020, pelabuhan Kobe akan mempunyai infrastruktur untuk import hidrogen utama kerana Kawasaki Heavy Industries merancang untuk membangunkan rangkaian besar loji kuasa hidrogen di Jepun.